作者/ 王金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)市場不斷升溫，各VR廠商的VR設(shè)備的出貨量也不斷增長，VR產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是繼智能手機(jī)后的又一個(gè)千億美金增長的智能產(chǎn)業(yè)。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，VR)作為一種全新的人機(jī)交互方式，被業(yè)界認(rèn)為將會(huì)是繼智能手機(jī)后的下一個(gè)千億美金增長的智能產(chǎn)業(yè)。TrendForce集邦科技旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究所最新研究顯示，在供應(yīng)狀況樂觀下，2016年一般VR設(shè)備(不含行動(dòng)VR)出貨量可望達(dá)900萬組，預(yù)估2020年攀升至5000萬組，復(fù)合年增長率達(dá)53.5%，2016-2020年一般VR設(shè)備出貨量與年增長率如圖1所示。

　　拓墣穿戴設(shè)備分析師蔡卓卲表示，雖然目前各家產(chǎn)品銷售狀況持續(xù)火熱，今年VR設(shè)備出貨量的最大關(guān)鍵卻不在需求端，反而是供應(yīng)端。各家VR廠商在銷售前期的備貨量皆過度保守，遠(yuǎn)低于市場需求，如果下半年未能適時(shí)調(diào)整，供不應(yīng)求的情況恐將延續(xù)到2017年下半年。

　　在2016年傳感器產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，歌爾股份有限公司傳感器事業(yè)部總經(jīng)理宋青林在其關(guān)于《傳感器在消費(fèi)電子領(lǐng)域的市場機(jī)遇》演講中介紹道，從市場認(rèn)可度來看，VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以分為四個(gè)階段。

　　第一階段為探索期，從1968年，“虛擬現(xiàn)實(shí)之父”Lvan Sutherland研發(fā)出視覺沉浸感的頭盔式立體顯示器HMD和頭部位置跟蹤系統(tǒng)，到1995年，任天堂公司發(fā)布了便攜式頭戴3D顯示器Virtual Boy，并配備游戲手柄。虛擬現(xiàn)實(shí)概念從無到有，不斷明確，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備被開發(fā)，首先應(yīng)用在軍事、航天領(lǐng)域。在這期間，在1982年，美國軍方開發(fā)了帶6個(gè)自由度跟蹤定位的高清頭盔顯示器VCASS，實(shí)現(xiàn)完全沉浸式的3D虛擬視覺;1988年，VPL公司研制出市場上民用虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品EyePhone。

　　第二階段為市場啟動(dòng)期，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備以頭戴3D顯示器落地于消費(fèi)級(jí)市場，此階段以挖掘用戶需求，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)為主要特征，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，技術(shù)優(yōu)勢不明顯。在此期間，2001年CeBIT展覽上，Olympus推出其Eye-Trek頭盔顯示器的Sony PS2專用版本;2012年，Sony推出HMZ-T1 3D頭盔式顯示器，具備OLED顯示器，45°視角，視覺效果為矩形屏幕;2013年，頭戴式顯示器廠商Oculus RiQ推出開發(fā)者版本，使用陀螺儀控制視角，用戶幾乎感受不到屏幕的限制;2014-2015年，Google推出頭戴手機(jī)盒子Cardboard，國外三星、英偉達(dá)、愛可視、卡爾蔡司、雷蛇，國內(nèi)暴風(fēng)科技、虛擬現(xiàn)實(shí)科技、蟻視科技等企業(yè)發(fā)布虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，內(nèi)容涵蓋不斷豐富的虛擬現(xiàn)實(shí)電影、360度全景視頻和圖片。目前VR產(chǎn)業(yè)仍處于這一階段，但是距離爆發(fā)期已經(jīng)不遠(yuǎn)。

　　第三階段為高速發(fā)展期，預(yù)計(jì)從2017年直到2025年都將會(huì)處在這一階段。在此期間，虛擬現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)搭建完畢，產(chǎn)品被消費(fèi)級(jí)市場接受，并廣泛應(yīng)用到行業(yè)市場。行業(yè)經(jīng)過洗牌，市場寡頭將會(huì)產(chǎn)生。

　　第四階段為成熟期，預(yù)計(jì)直到2026年才會(huì)進(jìn)入這一階段，這一市場進(jìn)入門檻提高，競爭加劇，市場發(fā)展趨于成熟。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

　　目前，VR產(chǎn)業(yè)仍處于市場啟動(dòng)期，宋青林總經(jīng)理認(rèn)為，市場規(guī)模的爆發(fā)，依賴于技術(shù)瓶頸的突破，VR設(shè)備的暈眩問題有待解決，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待規(guī)范，多產(chǎn)業(yè)、多場景的復(fù)雜融合也需要得到進(jìn)一步突破。此后，VR技術(shù)將持續(xù)發(fā)展，進(jìn)入“VR+行業(yè)”階段，相對(duì)成熟的VR技術(shù)與現(xiàn)有的電商、旅游、體育以及社交結(jié)合，形成全新的消費(fèi)場景和商業(yè)形態(tài)，接近Facebook CEO扎克伯格所說的“下一個(gè)計(jì)算平臺(tái)”;更進(jìn)一步地，VR可以創(chuàng)造出逼真的“虛擬世界”，成為人們生活的一部分;最終，無數(shù)個(gè)虛擬世界相互打通，最大程度實(shí)現(xiàn)生活的虛擬化。隨著AI(人工智能)技術(shù)進(jìn)步，“VR+AI”將創(chuàng)造出科幻級(jí)的虛擬世界，給予消費(fèi)者想要的一切(如圖2)。

　　VR產(chǎn)業(yè)鏈較長，參與廠商眾多，涵蓋硬件、系統(tǒng)、平臺(tái)、開發(fā)工具、內(nèi)容以及內(nèi)容運(yùn)營銷售等(如圖3)。作為一個(gè)尚處于萌芽期的產(chǎn)業(yè)，其每個(gè)環(huán)節(jié)都存在較多的競爭者以及潛在進(jìn)入者。國內(nèi)廠商大多集中在產(chǎn)業(yè)鏈前端，尤其在硬件領(lǐng)域較為集中，而在內(nèi)容、開發(fā)平臺(tái)、軟件及周邊產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域基本處于空白。

　　VR頭戴顯示設(shè)備主要分為4大方向，分別是外接式頭戴顯示器、頭戴手機(jī)盒子、一體式頭戴顯示器和全息眼鏡，現(xiàn)階段主流的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備以前兩種為主，如表1。而在輸出設(shè)備方面，鍵盤鼠標(biāo)、手柄和觸屏的共同特征是讓用戶在操作的時(shí)候所需要花費(fèi)的體力成本很低。三大VR頭顯廠商(Oculus、Sony和HTC)都不約而同地采用了虛擬現(xiàn)實(shí)手柄作為標(biāo)準(zhǔn)的交互模式。

技術(shù)要求

　　拓墣產(chǎn)業(yè)研究所半導(dǎo)體中心研究員陳穎書表示，在VR發(fā)展進(jìn)程中，由于需要處理復(fù)雜的畫面運(yùn)算，GPU十分關(guān)鍵;而在頭戴式顯示器無線化發(fā)展上，802.11ad技術(shù)很有潛力;此外，定位感測器和動(dòng)作感測器也是VR另一個(gè)重點(diǎn)。

　　VR可應(yīng)用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，包括游戲、商業(yè)展示與技術(shù)培訓(xùn)等，都可利用VR帶給使用者全新的體驗(yàn)，其中為人熟知的VR廠商Oculus、HTC和Sony 分別推出自家頭戴式VR裝置，并以游戲?yàn)橄绕趹?yīng)用場域。

　　對(duì)硬件廠商而言，顯示器解析度和更新率是重要的參數(shù)，解析度決定影像畫面的細(xì)節(jié)度，而更新率則決定使用者在使用VR裝置時(shí)的舒適程度?，F(xiàn)今在觀看一般動(dòng)態(tài)畫面，如動(dòng)畫和電競游戲等，基本上更新率為30～60Hz就已經(jīng)足夠了，但在VR體驗(yàn)中，因涉及頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)和與畫面的互動(dòng)，包括場景和使用者之間的「虛擬距離」和場景切換速度等，都會(huì)影響用戶體驗(yàn)的舒適度;其中，眩暈為最常見的問題，眩暈是由畫面的延遲造成的，而高的顯示器更新率和好的GPU運(yùn)算能力可以有效降低延遲，并提升VR體驗(yàn)的舒適感。

　　除了硬件外，使用者更在意的是內(nèi)容，例如在游戲應(yīng)用中，玩家最在意的主體便是游戲內(nèi)容一樣，好的游戲內(nèi)容是玩家是否愿意購買VR裝置的主要原因，三大廠商中，Sony與游戲結(jié)合度最高，加上后端使用PlayStation4便可架設(shè)起VR系統(tǒng)，不需再將電腦升級(jí)，TRI認(rèn)為其在2016年最具優(yōu)勢。

　　* GPU是提高計(jì)算能力的關(guān)鍵

　　由于VR需讓使用者擁有全方位擬真體驗(yàn)，在畫面運(yùn)算和處理上要求極高，因此，在VR眾多零組件中，GPU很關(guān)鍵。而對(duì)頭戴式VR而言，主要的畫面運(yùn)算是由后端電腦完成，故GPU指的正是電腦中的顯卡，而頭戴式顯示器內(nèi)部則以裝配MCU和各類感測器為主。

　　整體而言，GPU的核心時(shí)鐘(Core Clock)、存儲(chǔ)器時(shí)鐘、像素填充率(Pixel Fillrate)、材質(zhì)填充率(Texture Fillrate)、浮點(diǎn)運(yùn)算能力(GFlops)與光柵處理單元(Raster Operation Units，ROP Units)都是重要的效能判斷指標(biāo)，可決定畫面是否流暢運(yùn)作和使用者互動(dòng)體驗(yàn)是否良好。

　　以O(shè)culus為例，其便為Oculus Rift VR推出「Oculus Ready」的電腦認(rèn)證計(jì)劃，以Intel i5-4590 CPU、NVIDIA GeForce GTX 970/AMD Radeon R9 290 GPU和8GB RAM為硬件配置，讓使用者和開發(fā)者對(duì)VR的硬件需求有清楚概念，NVIDIA GeForce GTX 970與AMD Radeon R9 290規(guī)格如表2所示。

　　為了避免畫面延遲，除GPU硬件規(guī)格外，其架構(gòu)更為重要;在軟件支援上，如Frame Queuing、Timewarp與Asynchronous Timewarp等，同樣也很必要。一般而言，自使用者轉(zhuǎn)動(dòng)頭部開始算起，直至畫面計(jì)算完成傳回頭戴式顯示器的熒幕中，此時(shí)間延時(shí)需低于20ms才可有效避免暈眩。

　　* 從有線到無線：802.11ad的應(yīng)用

　　在游戲VR系統(tǒng)中，頭戴式顯示器以有線方式連接至后端電腦，而把手(或手套)連至電腦的方式則為無線設(shè)計(jì)，可使用Wi-Fi(如802.11ac)或藍(lán)牙技術(shù)。雖說現(xiàn)階段游戲內(nèi)容頭部無需大動(dòng)作，游戲場域也不足以讓使用者跑跳，顯示器看似沒有無線連接的需求，但其實(shí)在技術(shù)和成本效益許可下，無線顯示器勢必會(huì)成為使用者欲選擇的產(chǎn)品，因其使用情況更輕松方便，且不必?fù)?dān)心一不留神，便扯到后端電腦。

　　若以1080×1200解析度和更新率90Hz的畫面為例，傳輸所需頻寬約為2.6Gbps，以一般壓縮率為4～10%計(jì)算，壓縮后每秒所需頻寬為104～260Mbps，對(duì)802.11ac(運(yùn)作于2.4GHz或5GHz)或802.11ad(運(yùn)作于60GHz)技術(shù)來說，皆在可傳輸范圍內(nèi)，即頭戴式顯示器無線化為可行方案。

　　雖說802.11ac Wi-Fi通訊技術(shù)在良好無干擾的環(huán)境下傳輸速度約可達(dá)300Mbps，但此為理想狀態(tài)速度，尚未考量頻段擁擠和訊號(hào)干擾等問題，況且若解析度和更新率再提升一些，802.11ac頻寬(Bandwidth)便會(huì)不足，而對(duì)802.11ad技術(shù)來說，目前傳輸速度距理論值7Gbps還十分遙遠(yuǎn)，但在不同調(diào)變機(jī)制下，傳輸速度已可達(dá)1～2Gbps。

　　因此，頭戴式顯示器無線化的實(shí)現(xiàn)依賴802.11ad技術(shù)的較高的可行性。大體而言，802.11ad技術(shù)作為頭帶顯示器的解決方案仍處于研發(fā)階段，即便其頻寬大小足夠，但在時(shí)間上還是會(huì)有約100ms的延遲，無法達(dá)到VR的要求，這一方面市場接受度仍有待檢驗(yàn)。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第10期第4頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。